标签: 精密电流测量

   在产品开发过程中，被测件及模块的工作电流测试和表征，是验证产品是否符合设计要求的关键指标。测试电流的方法也有多种，最常见的是使用 万用表、分流器或电源中的内置测量功能 ， 都能够精确地测量被测件的电流。但实际工作中，也需要根据的情况，选择一种最为恰当的测量方法。电源本身精确而可靠的电流测量能力， 具有其它方法难以替代的优势， 可以帮助您解决不少测试难题。   数字万用表电流的直接测量     常见的电流测量方法是使用台式数字万用表的电流测量功能。尽管很多6位半的数字万用表，例如Agilent 34401A具有很高的精度，但您必须要断开电路， 以将万用表串联在测量回路中。而且，数字万用表的最高电流测量能力很有限，一般不超过10 安培。万用表测量电流的一个缺陷，就是其内部的分流器会造成回路上的电压损耗，从而减小被测件的电压, 在一些极端情况下，甚至会造成系统出现故障。我在《 测电流就宕机，万用表惹的祸？ – 雷人的测试故事(3 》一文中，就有关于这方面的故事。   外部分流器 + 数字万用表测量分流器的压降     您还可以使用分流器执行电流测量。这需要根据电流范围选择最恰当的分流电阻。测量精度取决于数字万用表的电压测量精度和分流器的精度。虽然这种方法可使您获得非常精确的测量结果，但一些误差也会对您的测量产生不利影响。您必须要留意常被忽视的潜在问题： 1.    热电动势 – 不同 种类金属会使热电偶的电压增大 2.    分流器校准 – 需要对分流器的电阻进行经常性的校准 ， 以获得精确的读数 3.    自热效应 – 电流会导致 分流器的 温 度升高， 并引起电阻变化，长时间测量会出现漂移。      除了这些问题以外 ， 安装分流器时 ， 首先要断开电路连接， 以便将其串联至电路，这会造成电压损耗。在系统中机架安装分流器，可能还需要用到继电器和开关， 增加了系统连接的复杂性。   电源内置的电流回读能力     借助电源的内置电流回读能力 ， 您能够避免连接分流器的麻烦。电流回读采用内置分流器，内部的补偿功能可以消除由于分流器内阻造成的压降。您也不必断开被测件连接， 或与数字万用表建立连接。     根据电源的输出范围和性能的不同，其电流的测量精度也不同。表1 列出了高品质电源能够获得的测量精度范围 （ 表 1 ） 电源电流回读的相对精度     电源测量的精度指标， 不会受到外部分流器的误差影响。因此，电源回读电流的精度非常高，足以应对大多数的电流测量应用，特别是在电源额定输出电流的 10% 至 100% 范围内的电流。但也要特别注意的是，当电源的输出小于其额定功率的10%之后，其测量精度下降非常快。因此，在我们选用电源的时候，一定要选用功率合适的型号，尽可能多地利用其输出功率，这样，高性能电源的各种优势才能最大化，如测量精度、效率、速度、安全保护等性能。 但有些电源与万用表一样，具备多个量程，以确保输出功率在不同情况下，电流和电压的测量精度。例如Agilent N6761A （50W/50V/1.5A）自动量程输出模块，其电压和电流都有多个量程。如表2所示。 在低量程情况下，精度可以达到15uA, 如果配上一个电流高精度测量选件，可以达到1uA 的精度。       表2：N6761A电源模块具有多个电压和电流测量量程，以确保测量精度   总结一下，选择内置电流回读能力 ， 即可获得以下优势 ： 1.   减少 少连接设备 数量， 不 必使用继电器、开关和额外的布线 2.    容易使用 3.    电源直接显示电流读数 4.    无需断开电路 5.    可确保的精度： 精度值已将内部分流器误差考虑在内 6.   同 步测量 – 能够用与电源相关的事件， 触发 回读测量的开始 。       另外，在一些高性能电源中，还具有数字化仪和数据记录的功能。 数字化仪的功能就像高分辨率的示波器一样，记录短时间的电压和电流波形。而数据记录功能，则可以长时间记录电压、电流及功耗。关于这种测量功能，我将在以后的文章中谈到。          

   在 3 月 27 日的 测电流就宕机，万用表惹的祸？ – 雷人的测试故事(3 文章中，我谈到了利用万用表连续测量 CPU 电流时，由于万用表内阻造成的压降，使 CPU 出现了宕机现象。后来用户使用了多路的 N6705 直流电源分析仪和精密模块，实现了高精度电流测量功能和长时间的数据采集能力，完成了这项很麻烦的测试。朋友 “ lifan” 问我，如果手边只有普通电源和数子表，能否解决这个问题。老赤脚医生考虑再三，给出以下的见解。      我们来看下图。 我们用 3 路电源给被测件供电，在回路中串入了 3 个数字表来监测每一路的电流。由于电流表和导线上存在电阻，使负载的电压总是要低于电源输出端， 这个电压差值 Δ V=I*R ， R 就是万用表的内阻加上导线电阻， I 是 CPU 的电流。 CPU 的工作电流通常是变化的， Δ V 不会恒定，如果我们希望利用手动调高电源输出电压，来确保负载端的电压值的方法， 是非常不可取的， 而且还有过压的危险。 这需要我们有手段连续监测 CPU 端的电压，一旦发现负载端的电压偏离设定值后，迅速自动调整电源输出端的电压。 因此，我们需要这个电源具备远端回读功能，如图上的几个 S 端子，就是每一路的回读线， 有时我们也称为“ 4 线连接法 ” 。关于电源的远端回读功能，在我 3 月11 日的博客文章 程控电源技术和应用指南（8）- 远端回读精确控制电压 中有详细介绍。      为了连续监测 CPU 的工作电流，需要将 3 个数字万用表通过接口与 PC 连接，同时，也将电源连接到 PC 上。这样，可以通过数字万用表连续长时间监测电流的情况，另外由于 PC 也同时控制着电源，这样就可以实现自动化的测试。        因此，如果您手边有合适的多路、具备远端回读能力的可编程电源，加上几个带有PC接口的数字万用表，再加上 PC 的连接线，也应该可以完成这项测量。只是这样准备工作非常麻烦，可能还需要编程， 有时还要考虑同步问题等等。远不如 N6705 直流电源分析仪的一体化方案方便和实用。      如果哪位测试高手，有更好、更为简单的测试方法，也欢迎与大家一同分享。